模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置及方法，包括約束反力裝置、環(huán)形高壓加載氣囊、氣管、柔性可縮箍套、柔性傳力橡膠。環(huán)形高壓加載氣囊為環(huán)狀筒結(jié)構(gòu)，柔性可縮箍套黏貼于環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)環(huán)表面，由弧形套管、弧形壓簧、弧形連桿、弧形加載傳力板組成，為圓筒狀結(jié)構(gòu)，柔性傳力橡膠黏貼于弧形加載傳力板內(nèi)表面，直接與圓柱形錨固體模型接觸。在環(huán)形高壓加載氣囊加載約束作用下，柔性可縮箍套可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)縮，保證收縮過程中模型橫斷面始終為圓形。本發(fā)明專利技術(shù)可適用于室內(nèi)圓柱形錨固體模型拉拔試驗(yàn)中，模型體表面徑向均布應(yīng)力作用的有效模擬，保證圓柱形模型在加載過程中橫斷面始終為圓形。

A flexible loading device and method for simulating the surface uniform stress of a cylindrical anchorage model

The invention discloses a flexible loading device and a method for simulating the uniform stress on the surface of a cylindrical anchor model, including a restraint reaction device, an annular high-pressure loading gasbag, an air tube, a flexible shrink collar sleeve, and a flexible load transfer rubber. An annular pressure loading gasbag annular tube structure, flexible telescopic hoop attached on the inner ring surface of the annular high-pressure loading gasbag, comprising an arc casing, a pressure spring, a connecting rod, arc arc arc loading force plate is a cylindrical structure and flexible transfer rubber adhesive on the inner surface of arc loading transfer plates, cylindrical and direct model the anchor solid contact. The flexible retractable hoop sleeve can automatically shrink under the loading constraint of the annular high pressure loading airbag, which ensures that the cross section of the model is always round in the process of shrinkage. The invention can be applied to the effective simulation of the radial uniform stress acting on the surface of the model in the indoor cylindrical anchorage model drawing test, so as to ensure that the cross section of the cylindrical model is always circular during loading.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置及方法
本專利技術(shù)涉及巖土工程錨桿(索)試驗(yàn)
，尤其涉及一種用于模擬室內(nèi)圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用的軸對(duì)稱柔性約束加載裝置及使用方法。
技術(shù)介紹
巖土錨固技術(shù)可充分發(fā)揮和提高巖土體的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，顯著縮小結(jié)構(gòu)物體積和減輕結(jié)構(gòu)的自重，有效控制巖土體的變形，是巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛有效的一種加固技術(shù)，而且隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步與科技發(fā)展，各種新型錨桿、錨索也呈現(xiàn)出不斷涌現(xiàn)的趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前現(xiàn)有錨桿、錨索種類已超過600種。眾所周知，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)錨固技術(shù)施工完畢后，所構(gòu)成的錨固系統(tǒng)由錨桿(索)桿體、錨固劑與巖土體的三種介質(zhì)共同組成，包含錨桿(索)-錨固劑與錨固劑-巖土體兩個(gè)界面。沿錨桿(索)錨固段軸向取一定長度范圍，通過等比例制作錨固體模型試件(包括錨桿(索)桿體、錨固劑及桿體周圍一定范圍巖土體)，開展室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，分析在拉拔荷載作用下錨桿(索)從巖土體中拔出過程中的力學(xué)失效行為，是研究錨固系統(tǒng)承載性能的一種有效手段。然而，當(dāng)?shù)叵马鲜衣裆钶^大，地應(yīng)力水平較高時(shí)，圍巖應(yīng)力大小也是影響錨固系統(tǒng)承載性能的一個(gè)重要因素。但是現(xiàn)有拉拔試驗(yàn)中還較少考慮該因素，相關(guān)試驗(yàn)研究成果也未曾見到。尤其，人們一般習(xí)慣將錨桿(索)桿體、錨固劑及巖土體構(gòu)成的錨固體試件加工成圓柱形模型，若采用傳統(tǒng)液壓油缸配合剛性推力器的方式，從圓柱體表面沿環(huán)向施加徑向均布圍巖壓力，實(shí)現(xiàn)難度較大，需對(duì)油缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)才可滿足要求，且由于與傳統(tǒng)液壓油缸配合的剛性加載推力器與圓柱形錨固體模型試件表面接觸面積也非常有限，無法保證圓柱形模型表面圍巖壓力沿環(huán)向分布的均勻性。一旦試驗(yàn)過程圓柱形錨固體模型受到非均勻加載壓力作用而產(chǎn)生開裂或擠壓變形，錨固體模型橫斷面將難以保證圓形，進(jìn)而無法有效模擬模型表面環(huán)向均布圍巖應(yīng)力作用，降低試驗(yàn)精度。針對(duì)該問題，本專利技術(shù)通過采用環(huán)形高壓加載氣囊、柔性可縮箍套、柔性傳力橡膠等構(gòu)件，提出了一種軸對(duì)稱柔性約束加載裝置及使用方法，可有效模擬圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用，解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)室內(nèi)錨固體拉拔試驗(yàn)中，較少考慮圍巖應(yīng)力作用影響，或是采用傳統(tǒng)液壓油缸配合剛性推力器的加載方式，難以有效模擬圓柱形錨固體模型表面環(huán)向均布圍巖應(yīng)力作用等不足，提出一種軸對(duì)稱柔性約束加載裝置及使用方法，可實(shí)現(xiàn)圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力有效模擬，且保證加載過程模型體橫斷面始終為圓形，提高試驗(yàn)精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案如下：一種用于模擬室內(nèi)圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用的軸對(duì)稱柔性約束加載裝置，包括圓筒狀的約束反力裝置，在所述的約束反力裝置內(nèi)設(shè)有一個(gè)環(huán)形高壓加載氣囊，所述的環(huán)形高壓加載氣囊與一個(gè)進(jìn)氣管和一個(gè)出氣管相連，在所述的環(huán)形高壓加載氣囊的內(nèi)圈設(shè)有沿其圓周方向設(shè)置的柔性可縮箍套，在柔性可縮箍套的內(nèi)圈安裝有間隔設(shè)置的柔性傳力橡膠，所述的柔性傳力橡膠的內(nèi)圈是事先制作完好的圓柱形錨固體模型。進(jìn)一步的，所述的圓柱形錨固體模型包括圓柱形巖土體試件；在所述的圓柱形巖土體試件的中心位置設(shè)有一個(gè)錨桿，所述的錨桿與圓柱形巖土體試件之間通過錨固劑固定。進(jìn)一步的，所述的約束反力裝置，包括圓筒側(cè)壁、頂蓋和底蓋；所述的圓筒側(cè)壁頂、底兩端設(shè)有外伸環(huán)形翼緣，供與頂蓋、底蓋采用螺栓進(jìn)行連接，圓筒側(cè)壁表面設(shè)有兩個(gè)出口，供環(huán)形高壓加載氣囊的進(jìn)氣管和出氣管伸出。所述的頂蓋中心位置設(shè)置有圓孔，圓孔尺寸與錨固體模型錨桿(索)鉆孔尺寸一致。所述的底蓋上表面中心位置設(shè)置有圓形凸起肋，圓形凸起肋直徑大小與圓柱形錨固體模型外徑一致。進(jìn)一步的，所述的環(huán)形高壓加載氣囊可采用高強(qiáng)纖維織布與高分子聚合物的涂覆復(fù)合物進(jìn)行制作，為環(huán)狀筒結(jié)構(gòu)。通過利用進(jìn)氣管和出氣管的進(jìn)氣、出氣，可實(shí)現(xiàn)環(huán)形高壓加載氣囊加載、卸載。進(jìn)一步的，所述的柔性可縮箍套黏貼于環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)環(huán)表面，包括多個(gè)弧形套管、弧形壓簧、弧形連桿和弧形加載傳力板；多個(gè)弧形加載傳力板沿環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)圈的圓周方向均勻間隔布設(shè)，沿環(huán)形高壓加載氣囊軸向分節(jié)設(shè)置，具體橫截面分塊數(shù)量由錨固體模型直徑確定，軸向分節(jié)數(shù)量由錨固體模型長度確定；所述的弧形套管安裝于弧形加載傳力板的上、下兩端部及弧形加載傳力板軸向分節(jié)處；所述的弧形壓簧安裝于弧形套管內(nèi)，所述的弧形連桿端頭內(nèi)置于弧形套管內(nèi)部，并與弧形壓簧端部相連。進(jìn)一步的，弧形加載傳力板內(nèi)表面黏貼有柔性傳力橡膠，尺寸大小與弧形加載傳力板一致，柔性傳力橡膠外表面直接作用于圓柱形錨固體模型試件表面。在環(huán)形高壓加載氣囊加載約束作用下，弧形連桿端頭可壓縮弧形壓簧，實(shí)現(xiàn)柔性可縮箍套內(nèi)縮，并保證收縮過程中橫斷面可始終保持圓形。當(dāng)柔性可縮箍套處于松弛狀態(tài)時(shí)，其外徑與環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)環(huán)直徑一致。所述的用于模擬室內(nèi)圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用的軸對(duì)稱柔性約束加載裝置，具體使用方法包括以下步驟：步驟一：將圓筒側(cè)壁與底蓋進(jìn)行螺栓連接，構(gòu)成環(huán)形高壓加載氣囊的約束反力裝置。步驟二：將環(huán)形高壓加載氣囊、柔性可縮箍套、柔性傳力橡膠置于約束反力裝置內(nèi)部，保證環(huán)形高壓加載氣囊進(jìn)氣管與出氣管從反力裝置圓筒側(cè)壁伸出。步驟三：沿底蓋表面圓形凸起肋，將事先制作完好的圓柱形巖土體試件置于約束反力裝置內(nèi)部中心位置，保證被環(huán)形高壓加載氣囊、柔性可縮箍套、柔性傳力橡膠沿環(huán)向包圍。步驟四：將圓筒側(cè)壁與頂蓋進(jìn)行螺栓連接。步驟五：采用氣泵及氣壓控制系統(tǒng)等裝置，通過進(jìn)氣管對(duì)環(huán)形高壓加載氣囊進(jìn)行充氣，當(dāng)氣壓值達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)停止充氣，實(shí)現(xiàn)圓柱形巖土體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用的模擬。步驟六：保證圓柱形巖土體模型表面徑向圍巖應(yīng)力大小不變，沿頂蓋中心圓孔大小，對(duì)巖土體模型中心位置進(jìn)行鉆孔，并利用錨固劑安裝錨桿(索)。步驟七：錨桿(索)安裝完成后，保證圓柱形巖土體模型表面徑向圍巖應(yīng)力大小不變，利用拉力試驗(yàn)機(jī)或空心油壓千斤頂對(duì)錨桿進(jìn)行拉拔，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)中該種軸對(duì)稱柔性約束加載裝置可適用于模擬室內(nèi)圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用，也可適用于巖土體室內(nèi)試驗(yàn)其他各種圓柱形模型試件環(huán)向表面徑向加載壓力的模擬。本專利技術(shù)的有益效果：1)可有效模擬圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用，符合高地應(yīng)力環(huán)境下錨固體受力特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的錨固體拉拔試驗(yàn)更為真實(shí)有效。2)可有效保證圓柱形錨固體模型，在加載過程中橫斷面始終保持圓形，實(shí)現(xiàn)環(huán)向均布圍巖應(yīng)力加載。有效避免受加工制作精度影響使模型出現(xiàn)橫斷面非真正圓形、或沿環(huán)向存在加工缺陷、或產(chǎn)生模型加載變形開裂等問題時(shí)，產(chǎn)生徑向加載壓力不均勻，防止錨固體試件產(chǎn)生非對(duì)稱變形破壞，影響試驗(yàn)精度。3)柔性可縮箍套通過配合使用環(huán)形高壓加載氣囊、柔性傳力橡膠，保證加載裝置在對(duì)錨固體試件傳力時(shí)，使作用在圓柱形錨固體模型表面徑向加載壓力分布更為均勻，避免傳統(tǒng)剛性傳力板加載造成模型表面受力不均勻現(xiàn)象，提高試驗(yàn)加載精度。4)柔性可縮箍套通過利用弧形套管、弧形壓簧、弧形連桿、弧形加載傳力板等構(gòu)件，可實(shí)現(xiàn)徑向自由伸縮，可用于滿足不同直徑錨固體模型的加載。5)柔性可縮箍套中弧形加載傳力板沿軸向分節(jié)設(shè)置，可用于滿足不同長度錨固體模型的加載。附圖說明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，包括圓筒狀的約束反力裝置，在所述的約束反力裝置內(nèi)設(shè)有一個(gè)環(huán)形高壓加載氣囊，所述的環(huán)形高壓加載氣囊與一個(gè)進(jìn)氣管和一個(gè)出氣管相連，在所述的環(huán)形高壓加載氣囊的內(nèi)圈設(shè)有沿其圓周方向設(shè)置的柔性可縮箍套，在柔性可縮箍套的內(nèi)圈安裝有間隔設(shè)置的柔性傳力橡膠，所述的柔性傳力橡膠的內(nèi)圈是事先制作完好的圓柱形錨固體模型。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，包括圓筒狀的約束反力裝置，在所述的約束反力裝置內(nèi)設(shè)有一個(gè)環(huán)形高壓加載氣囊，所述的環(huán)形高壓加載氣囊與一個(gè)進(jìn)氣管和一個(gè)出氣管相連，在所述的環(huán)形高壓加載氣囊的內(nèi)圈設(shè)有沿其圓周方向設(shè)置的柔性可縮箍套，在柔性可縮箍套的內(nèi)圈安裝有間隔設(shè)置的柔性傳力橡膠，所述的柔性傳力橡膠的內(nèi)圈是事先制作完好的圓柱形錨固體模型。2.如權(quán)利要求1所述的模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，所述的約束反力裝置，包括圓筒側(cè)壁、頂蓋和底蓋；所述的圓筒側(cè)壁頂、底兩端設(shè)有外伸環(huán)形翼緣，供與頂蓋、底蓋采用螺栓進(jìn)行連接，圓筒側(cè)壁表面設(shè)有兩個(gè)出口，供環(huán)形高壓加載氣囊的進(jìn)氣管和出氣管伸出。3.如權(quán)利要求2所述的模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，所述的頂蓋中心位置設(shè)置有圓孔，圓孔尺寸與錨固體模型錨桿鉆孔尺寸一致。4.如權(quán)利要求2所述的模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，所述的底蓋上表面中心位置設(shè)置有圓形凸起肋，圓形凸起肋直徑大小與圓柱形錨固體模型外徑一致。5.如權(quán)利要求1所述的模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，所述的環(huán)形高壓加載氣囊可采用高強(qiáng)纖維織布與高分子聚合物的涂覆復(fù)合物進(jìn)行制作，為環(huán)狀筒結(jié)構(gòu)；通過利用進(jìn)氣管和出氣管的進(jìn)氣、出氣，可實(shí)現(xiàn)環(huán)形高壓加載氣囊加載、卸載。6.如權(quán)利要求1所述的模擬圓柱錨固模型表面均布應(yīng)力的柔性加載裝置，其特征在于，所述的柔性可縮箍套黏貼于環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)環(huán)表面，包括多個(gè)弧形套管、弧形壓簧、弧形連桿和弧形加載傳力板；多個(gè)弧形加載傳力板沿環(huán)形高壓加載氣囊內(nèi)圈的圓周方向均勻間隔布設(shè)，沿環(huán)形高壓加載氣囊軸向分節(jié)設(shè)置；所述的弧形套管安裝于弧形加載傳力板的上、下兩端部及弧形加載傳力板軸向分節(jié)處；所述的弧形壓簧安裝于弧形套管內(nèi)，所述的弧形連桿端頭內(nèi)置于弧形套管內(nèi)部，并與弧形壓簧端部相連；在環(huán)形高壓加載氣囊加載約束作用下，弧形連桿端頭可壓縮弧形壓簧，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王洪濤，李曉靜，陳云娟，劉平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東建筑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37